Войти  |  Регистрация
Авторизация

Механические источники ударного действия



Механические источники ударного действия относятся к невзрывным средствам возбуждения колебаний — к средствам, в которых не требуется применение конденсированных взрывчатых веществ. Эти источники разделяют на две группы. К первой относят установки с ударом от свободно падающего груза, ко второй — механические ударные системы, которые разделяются на импульсные и вибрационные. Для импульсных механических ударных систем характерно, что длительность действий импульса меньше времени их следований. Вибрационные источники создают квазигармонические нагрузки переменной частоты и большой длительности.
В зависимости от физической природы преобразования первичной энергии в механический импульс источники ударного действия подразделяют на механические, пневматические (газодинамические) и гидравлические.
Простейшим невзрывным механическим источником является удар свободно падающего груза. К такому типу источников относят устройства, основанные на сбрасывании груза с высоты, ударе молотом или тампером (молотком) по поверхности массива. Баланс энергии при этом определяется равенством кинетической энергии до удара и суммы энергетических составляющих, возникающих после взаимодействия груза с массивом. Энергетические составляющие включают энергию на отскок от поверхности, потенциальную энергию соударяемых тел (образование упругой волны) и энергию пластических необратимых деформаций. Мощность удара определяется его скоростью, которая пропорциональна корню квадратному из высоты падения груза, массой груза, длительностью удара и т. д.
К недостаткам данных источников относят: ограничения по энергетическим возможностям; малую скорость падения груза; искажения в спектре сигнала за счет неоднородностей поверхности и нестабильности высоты начальной установки груза; низкую частоту возбуждаемых колебаний (f≤30/70 Гц), создающую малую разрешающую способность объемных волн на фоне поверхностных.
В механических ударных системах рабочий излучающий элемент (рабочий орган источника) представляет собой жесткую, несжимаемую металлическую плиту, которая под действием активных или реактивных сил воздействует на поверхность породы, выводя определенный объем ее из положения равновесия, Время взаимодействия плиты импульсного источника с породой таково, что скорость движения контактирующих тел изменяется на конечную величину и среде передается часть энергии, которая расходуется на образование упругих и неупругих остаточных деформаций. Поэтому силы, действующие в системе плита — массив, носят ударный характер. В предположении, что масса массива, вовлекаемая в движение в процессе удара (присоединенная масса), значительно больше массы плиты источника Qгp (груза ударного механизма, действующего на массив), ударный импульс можно приближенно определить по формуле
Механические источники ударного действия

где v — скорость перемещения плиты под действием удара.
В результате взаимодействия рабочего органа источника с поверхностью массива определенный объем последнего деформируется, выходит из положения равновесия и начинает совершать колебания, которые распространяются во все стороны. Характер возбуждаемых колебаний определяется значениями наибольших контактных напряжений, физическими свойствами пород и особенностями кривой σ=σ(ε).
Под действием внезапно приложенной силы система плита — массив совершает колебания, характер движения которых определяется соотношением между затуханием Г в системе и собственной начальной частотой f0. Так, как удары производятся рабочим органом по предварительно уплотненному массиву, система будет совершать затухающие колебательные движения. В этом случае смещения (деформации) массива в любой момент времени t будут определяться из формулы
Механические источники ударного действия
где ε0 — начальная деформация массива; ε0 — скорость движения плиты в начальный момент времени.
Импульсные ударные системы состоят из устройства, создающего удар через плиту, лежащую на массиве, систем энергопитания, обеспечения заданного режима работы и управления. Последняя имеет связь с сейсмостанцией. Наибольшее распространение среди средств для возбуждения удара получили пневматические, газодинамические и гидравлические источники.
В пневматических источниках ударного действия используется энергия, высвобождающаяся при расширении сжатого газа (например, сжатого азота). Источник (рис. 67) представляет собой цилиндр, разделенный на несколько объемов поршнем I, связанным штоком 2 с ударной плитой 3. В объем А под поршень подается сжатый азот, и поршень поднимается в крайнее верхнее полoжениe. Объем Б посредством открытого клапана 6 сообщается с атмосферой. Затем в объем В подается сжатый воздух под давлением до 10—15 МПа, при этом срабатывает быстродействующий вентиль 7, и некоторое количество сжатого воздуха поступает из объема В в объем Б. Под действием давления в объеме Б поршень 1 смещается и на него начинает действовать сжатый воздух в объеме В. После этого ударный механизм движется с большой скоростью (до 20 м/с) вниз. Для предварительного подъема поршня используют специальный масляный насос 4 и вспомогательный поршень 5, которые включают сразу после удара. Работа удара таких источников по массиву составляет до 0,1—0,15 МДж в диапазоне частот 20—200 Гц.
Механические источники ударного действия

Большое давление энергоносителя (до 15 МПа) создается и передается за счет использования внутри источника взрыва газовой смеси. Воздействие на массив передается плитой или поршнем-плитой путем детонации газовой смеси в замкнутом объеме — камере, где создается мощная ударная волна.
В качестве газовых взрывчатых смесей используют смесь газоокислителя и горючего газа (пропан С3Н8, бутан С4Н10, метан СН4 и др.). Детонация газовой смеси осуществляется при поджигании ее и переходе горения в детонацию в трубопроводе. После удара происходит отрыв источника от массива; кинетическая энергия движущихся вверх масс может быть погашена их силой тяжести и специальным демпферным объемом. Для обеспечения с помощью газодинамических источников спектра колебаний, сравнимого со взрывом заряда конденсированного взрывчатого вещества в скважине, в установках увеличивают энергию, передаваемую на грунт в начальный момент, и уменьшают время действия на грунт.
В современных гидравлических вибрационных источниках упругих колебаний используются гидравлические вибраторы с электронно-электрическим управлением. Воздействие на массив осуществляется с помощью плиты 1, работающей совместно с гидроцилиндром 2 (рис. 68). Поршень 3 совершает внутри гидроцилиндра колебательные движения. При подаче масла под давлением в полость А на плиту 1 действует сила. Когда масло подается в полость Б, осуществляется слив масла из полости А, и плита разгружается. Подача масла в полости гидроцилиндра и его слив регулируется гидроусилителем. При этом нагрузка имеет форму синусоиды (с постоянной или линейно изменяющейся частотой). Гидравлические вибраторы могут обеспечить воздействие на массив с силой до 1000—1500 мН в частотном диапазоне от 5—10 до 100—200 Гц.
Механические источники ударного действия

Вибрационные источники широко применяются в сейсморазведке и геоакустике для создания сигналов большой продолжительности. Возбуждаемые вибраторами сигналы, называемые опорными, имеют сложный характер по сравнению с импульсными, в которых fсрТ≈1. Для вибрационных источников характерно, что длительность одной посылки управляющего сигнала во много раз превышает периоды собственных колебаний массива и возбуждаемых при этом волн: fсрT≥1, где fср — средняя частота колебаний; T — длительность одной посылки сигнала. Этим различаются импульсные и вибрационные невзрывные источники.
На рис. 69 приведены амплитудно-частотные характеристики для вибрационных источников упругих колебаний, работающих в синусоидальном режиме и воздействующих на грунт при различных параметрах обобщенной массы М, представляющей сумму присоединен, ной массы некоторого объема массива, непосредственно участвующего в движении и влияющего на характер протекаемых процессов, и массы плиты; динамического модуля упругости пород Е; площади плиты S, равной 1 м2. Из графиков видно, что с увеличением M и уменьшением происходит смещение максимума в сторону низких частот; с увеличением жесткости пород происходит уменьшение амплитуд А вынужденных колебаний системы.
Добавить комментарий
Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent